新课标人教版选修四化学反应原理新课标人教版选修四化学反应原理第四章第四章 电化学基础电化学基础第一节第一节 原原 电电 池池（2课时）课时）1复习回顾复习回顾1、原电池是、原电池是_的装置。的装置。原电池反应的本质是原电池反应的本质是_反应。反应。将化学能转化为电能将化学能转化为电能氧化还原反应氧化还原反应2、如右图所示，组成的原电池：、如右图所示，组成的原电池：（1）当电解质溶液为稀）当电解质溶液为稀H2SO4时：时：Zn电极是电极是_（填（填“正正”或或“负负”）极，）极，其电极反应为其电极反应为_，该反应，该反应是是_（填（填“氧化氧化”或或“还原还原”，下同）反应；，下同）反应；Cu电极是电极是_极，其电极反应为极，其电极反应为_,该反应是该反应是_反应。反应。（2）当电解质溶液为）当电解质溶液为CuSOCuSO4 4溶液时：溶液时： Zn电极电极是是_极，其电极反应为极，其电极反应为_，该反应是该反应是_反应；反应；Cu电极是电极是_极，极，其电极反应为其电极反应为_,该反应该反应_反应反应.负负Zn 2e - = Zn 2+氧化氧化正正2H+ +2e- =H2还原还原负负Zn 2e - = Zn 2+氧化氧化正正Cu2+ + 2e - = Cu还原还原2氧化反应氧化反应Zn-2e=Zn2+铜锌原电池铜锌原电池电解质电解质溶液溶液盐桥盐桥失失e，沿导线传递，有电流产生，沿导线传递，有电流产生还原反应还原反应2H+2e- =H2阴离子阴离子阳离子阳离子总反应：总反应：负极负极正极正极 2H+2e- =H2Zn-2e- =Zn2+Zn+2H+=Zn2+H2Zn+H2SO4=ZnSO4+H2(离子方程式）离子方程式）（化学方程式）（化学方程式）电电极极反反应应正极：正极：负极：负极：（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）阳离子阳离子原原 电电 池池 原原 理理 外电路外电路内电路内电路3与与原原 电电 池池 相关的概念相关的概念1.电路：电路：外电路外电路内电路内电路电子流向：负极流向正极电子流向：负极流向正极电流方向：正极流向负极电流方向：正极流向负极阴离子流向负极阴离子流向负极阳离子流向正极阳离子流向正极2.电极：电极：正极：电子流入的一极正极：电子流入的一极负极：电子流出的一极负极：电子流出的一极3.电极反应式：电极反应式：正极：正极： 2H+ 2e- H2负极：负极： Zn2e- Zn2+4.总反应式：总反应式：Zn+ 2H+ Zn2+ + H24？提出问题：提出问题： 上图是我们在必修上图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？成的呢？有没有什么改进措施？学生讨论：学生讨论：造成的主要原因造成的主要原因：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。这种作用称为阻，使电流不能畅通。这种作用称为极化作用。极化作用。一、对锌铜原电一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究池工作原理的进一步探究为了避免发生这种现象，设计如下图（书为了避免发生这种现象，设计如下图（书P71图图4-1）所示）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？5实验三（书实验三（书71页实验页实验4-1）实验探索实验探索实验现象：实验现象：分析分析：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？盐桥在此的作用是什么？参考教材参考教材71页页 有盐桥存在时电流计指针发有盐桥存在时电流计指针发生偏转，即有电流通过电路。生偏转，即有电流通过电路。 取出盐桥，电流计指针即回取出盐桥，电流计指针即回到零点，说明没有电流通过。到零点，说明没有电流通过。盐桥制法：盐桥制法：1)将热的琼胶溶液倒入将热的琼胶溶液倒入U形管中形管中(注意不要产生裂隙注意不要产生裂隙)，将冷却后的，将冷却后的U形管浸泡在形管浸泡在KCl或或NH4NO3的饱和溶液中即可。的饱和溶液中即可。2)将将KCl或或NH4NO3的饱和溶液装入的饱和溶液装入U形管，用棉花都住管口即可。形管，用棉花都住管口即可。6盐桥的作用：盐桥的作用：（1 1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。得出结论得出结论 由于盐桥（如由于盐桥（如KClKCl）的存在，其中阴离子）的存在，其中阴离子ClCl- -向向ZnSOZnSO4 4溶液扩溶液扩散和迁移，阳离子散和迁移，阳离子K K+ +则向则向CuSOCuSO4 4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或锌片全部溶解或 CuSO CuSO4 4溶液中的溶液中的 Cu Cu2+2+几乎完全沉淀下来。几乎完全沉淀下来。若电解若电解质溶液与质溶液与KClKCl溶液反应产生沉淀，可用溶液反应产生沉淀，可用NHNH4 4NONO3 3代替代替KClKCl作盐桥。作盐桥。（2 2）平衡电荷。）平衡电荷。 在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完靠离子迁移完成成的。的。ZnZn失去电子形成的失去电子形成的ZnZn2+2+进入进入ZnSOZnSO4 4溶液，溶液，ZnSOZnSO4 4溶液因溶液因ZnZn2+2+增多增多而带正电荷。同时，而带正电荷。同时，CuSOCuSO4 4则由于则由于CuCu2+2+ 变为变为Cu Cu ，使得，使得 SO SO4 42-2-相对较相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。片流向铜片，造成电流中断。7请同学们请同学们思考思考：上述原电池装置是将什么反应的上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能的？指出电池化学能转换成电能的？指出电池的正负极，并分别写出其中负极的正负极，并分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式。的总反应方程式。ZnSO4溶液溶液 CuSO4溶液溶液负极（锌片）：负极（锌片）： Zn 2e - = Zn 2+ （氧化反应）氧化反应） 正极（铜片）：正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu （还原反应）（还原反应）电池反应（电池反应（总化学方程式总化学方程式）：）：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu 电池符号电池符号：Zn ZnSO4 CuSO4 Cu 负极负极 盐桥盐桥 正极正极一、对锌铜原电一、对锌铜原电 池工作原理的进一步探究池工作原理的进一步探究8二、由两个半电池组成原电池的工作二、由两个半电池组成原电池的工作原理原理（1）把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以）把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。适当方式连接，可以获得电流。在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子。外电路得到电子。在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。离子的定向运动而形成内电路。（2 2）探究）探究组成原电池的条件组成原电池的条件练习：锌铜原电池产生电流时，阳离子（练习：锌铜原电池产生电流时，阳离子（ ）A 移向移向Zn 极，阴离子移向极，阴离子移向Cu 极极B 移向移向Cu 极，阴离子移向极，阴离子移向Zn 极极C 和阴离子都移向和阴离子都移向Zn极极D 和阴离子都移向和阴离子都移向Cu 极极B9实验探究形成原电池的条件实验探究形成原电池的条件（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成条件一：形成条件一：活泼性不同的两个电极活泼性不同的两个电极负极：较活泼的金属负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等正极：较不活泼的金属、石墨等第一组实验第一组实验10（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成条件二：电极需插进电解质溶液中；形成条件二：电极需插进电解质溶液中；第二组实验第二组实验实验探究形成原电池的条件实验探究形成原电池的条件11第三组实验第三组实验实验探究形成原电池的条件实验探究形成原电池的条件形成条件三：必须形成闭合回路形成条件三：必须形成闭合回路（不可以）（不可以）可以可以12（2 2）组成原电池的条件组成原电池的条件 （1）有两种活动性不同的金属（或一种是非金属单质）有两种活动性不同的金属（或一种是非金属单质或金属氧化物）作电极。或金属氧化物）作电极。 （2）电极材料均插入电解质溶液中。）电极材料均插入电解质溶液中。 （3）两极相连形成闭合电路。）两极相连形成闭合电路。 （4）内部条件：能自发进行氧化还原反应。）内部条件：能自发进行氧化还原反应。13ABCDEFMN1.下列哪几个装置能形成原电池？下列哪几个装置能形成原电池？OVXVVXXXV典型例题：典型例题：V142.2.2.2.一个电池反应的离子方程式是一个电池反应的离子方程式是一个电池反应的离子方程式是一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu Zn+Cu Zn+Cu Zn+Cu2+2+2+2+=Zn=Zn=Zn=Zn2+2+2+2+ +Cu, +Cu, +Cu, +Cu, 该反应的的原电池正确组合是（该反应的的原电池正确组合是（该反应的的原电池正确组合是（该反应的的原电池正确组合是（ ）CABCD正极正极ZnCuCuFe负极负极CuZnZnZn电解质溶液电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl典型例题：典型例题：15（3）原电池的正负极的判断方法）原电池的正负极的判断方法 (参考第二教材参考第二教材P118) 微观判断微观判断（根据电子流动（根据电子流动方向方向）电子流出的极电子流出的极电子流入的极电子流入的极负极负极正极正极 较活泼的电极材料较活泼的电极材料较不活泼的电极材料较不活泼的电极材料 质量增加的电极质量增加的电极工作后工作后 质量减少的电极质量减少的电极负极负极正极正极正极正极负极负极工作后，有气泡冒出的电极为正极工作后，有气泡冒出的电极为正极发生氧化反应的极发生氧化反应的极发生还原反应的极发生还原反应的极宏观判断宏观判断：根据电极材料根据电极材料根据原电池电极根据原电池电极 发生的反应发生的反应根据电极增重还是减重根据电极增重还是减重根据电极有气泡冒出：根据电极有气泡冒出：负极负极正极正极161.1.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是( ( ) ) B2.2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的电解质溶液的 pH( ) pH( )A.A.不变不变 B B先先变大后变小变大后变小 C C逐渐变大逐渐变大 D. D.逐渐变逐渐变小小C典型例题：典型例题：173.把把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若两两相连组成原电池。若a、b相连时，相连时，a为负极；为负极；c、d相连时，电流由相连时，电流由d到到c；a、c相连时，相连时，c极上产生大极上产生大量气泡，量气泡，b、d相连时，相连时，b上有大量气泡产生，则四上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为种金属的活动性顺序由强到弱的为 ( )Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a B184、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是溶液，片刻后可观察到的现象是 ( D )A. 铁圈和银圈左右摇摆不定铁圈和银圈左右摇摆不定B. 保持平衡状态保持平衡状态C. 铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜D. 银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜19（4）电解质溶液和电极材料的选择）电解质溶液和电极材料的选择活泼性不同活泼性不同 的两种金属。的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极金属和非金属。金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极金属和化合物。金属和化合物。如铅蓄电池，铅版作负极，如铅蓄电池，铅版作负极，PbO2作正极作正极惰性电极。惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt（电池的电极必须导电）（电池的电极必须导电）电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应 与电与电极材料具有相同的阳离子。极材料具有相同的阳离子。20请根据氧化还原反应请根据氧化还原反应 :Cu +2 Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+设计成原电池。设计成原电池。你有哪些可行方案你有哪些可行方案?Cu Cu 2e- = Cu2+比比Cu不活泼的金属或石墨不活泼的金属或石墨2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ Fe2(SO4 )3、FeCl3等等负极：负极：正极：正极：电解质溶液：电解质溶液：练练一一练练若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？试画出原电池的装置简图。什么？试画出原电池的装置简图。21)能自发进行的氧化还原反应能自发进行的氧化还原反应)通常须两个活性不同的电极通常须两个活性不同的电极)电解质溶液电解质溶液)还原剂在负极失电子，发生氧化反应，还原剂在负极失电子，发生氧化反应，氧化剂在正极得电子氧化剂在正极得电子,发生还原反应发生还原反应221.利用原电池原理设计新型化学电池；利用原电池原理设计新型化学电池；2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；反应制取氢气；3.进行金属活动性强弱比较；进行金属活动性强弱比较；4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。而受到保护。如在铁器表面镀锌。三、原电池的主要应用：三、原电池的主要应用：5.解释某些化学现象解释某些化学现象23(1)比较金属活动性强弱。比较金属活动性强弱。例例1：下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲 上有上有H2气放出气放出；B.在氧化在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多还原反应中，甲比乙失去的电子多；D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；（C）原电池原理应用：原电池原理应用：24(2)比较反应速率比较反应速率例例2 ： 下列制氢气的反应速率最快的是下列制氢气的反应速率最快的是粗锌和粗锌和 1mol/L 盐酸；盐酸；B.A. 纯锌和纯锌和1mol/L 硫酸；硫酸；纯锌和纯锌和18 mol/L 硫酸；硫酸；C.粗锌和粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。溶液。D.（ D ）原电池原理应用：原电池原理应用：25(3)比较金属腐蚀的快慢比较金属腐蚀的快慢例例3： 下列各情况，在其中下列各情况，在其中Fe片腐蚀由片腐蚀由快快到到慢慢的顺序是的顺序是(5)(2)(1)(3)(4)原电池原理应用：原电池原理应用：26例例4：下列装置中四块相同的下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速片，放置一段时间后腐蚀速率由率由慢慢到到快快的顺序是的顺序是(4)(2)(1)(3)27(4)判断溶液判断溶液pH值变化值变化例例5： 在在Cu-Zn原电池中，原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为溶液的浓度为0.125mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收集到若工作一段时间后，从装置中共收集到 升升气体，则流过导线的电子为气体，则流过导线的电子为 mol,溶液的溶液的pH值变值变_？（溶液体积变化忽略不计）？（溶液体积变化忽略不计）解得：解得：y 0.015 (mol)x 0.015 (mol)3.75 10 4(mol/L )pH -lg3.75 1044 -lg3.75 答：答：根据电极反应：根据电极反应：正极：正极：负极：负极：Zn2e-Zn2+2H+2e- H2得：得：x y解：解：0.20.1252c(H+)余余2H+ 2eH2大大 原电池原理应用：原电池原理应用：28(5)原电池原理的综合应原电池原理的综合应用用例例6：市场上出售的：市场上出售的“热敷袋热敷袋”的主要成分为铁屑、的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。 “热敷袋热敷袋”启启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。现有大量铁锈存在。1)“热敷袋热敷袋”是利用是利用 放出热量。放出热量。2)2)炭粉的主要作用是炭粉的主要作用是 。3)3)加入氯化钠的主要作用是加入氯化钠的主要作用是 。4)4)木屑的作用是木屑的作用是 。铁被氧化铁被氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化氯化钠溶于水、形成电解质溶液氯化钠溶于水、形成电解质溶液使用使用“热敷袋热敷袋”时受热均匀时受热均匀原电池原理应用：原电池原理应用：29 拓展练习拓展练习（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的 现象。现象。 两极反应式为：正极两极反应式为：正极 ；负极负极 。 该装置将该装置将 能转化为能转化为 能。能。（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，则负极为则负极为 ，总反应方程为总反应方程为 。镁逐渐溶解，铝极上有气泡冒出，电流表指针发生偏转；镁逐渐溶解，铝极上有气泡冒出，电流表指针发生偏转；2H+2e=H2Mg2e=Mg2+ 化学能化学能电能电能Al2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H230小小 结结定义定义:（1）由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理）由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理 原电池原电池把化学能转化成电能的装置。把化学能转化成电能的装置。2、原电池的工作原理、原电池的工作原理较活泼的金属发生较活泼的金属发生氧化反应氧化反应,电子从较活泼的金属电子从较活泼的金属(负极负极)通过外电路流向较不活泼的金属通过外电路流向较不活泼的金属(正极正极)。 负极正极电子流向电子流向电流流向电流流向（2 2）形成原电池的条件形成原电池的条件（3）原电池的正负极的判断方法）原电池的正负极的判断方法（4）电极材料的选择（电池的电极必须导电）电极材料的选择（电池的电极必须导电）31 在一在一 瓣橘子上相隔分别插一小铜片瓣橘子上相隔分别插一小铜片和铝片，把铜片和铝片的另一端通过导线接和铝片，把铜片和铝片的另一端通过导线接触耳机的两极，试试能否听到触耳机的两极，试试能否听到“嘎嘎嘎嘎”声。能声。能够从耳机中听到够从耳机中听到“嘎嘎嘎嘎”声，说明了什么？用声，说明了什么？用其他金属、水果、液体再试一试。其他金属、水果、液体再试一试。 研研 究究 性性 学学 习习铝片铝片铜片铜片32新课标人教版选修四化学反应原理新课标人教版选修四化学反应原理7/19/2024第四章第四章 电化学基础电化学基础第二节第二节 化学电源化学电源（2课时）课时）33学与问学与问在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其它应用吗？道电池的其它应用吗？ 电池电池化学电池化学电池太阳能电池太阳能电池原子能电池原子能电池将化学能转换成电能的装置将化学能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将放射性同位素自然衰变时产生的热将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的装置能通过热能转换器转变为电能的装置碱性锌锰电池、锌银电池、碱性锌锰电池、锌银电池、铅蓄电池、镉镍电池、氢镍铅蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池等。电池、锂离子电池等。广泛应用于通讯、交通、文广泛应用于通讯、交通、文化、办公及家用电子产品。化、办公及家用电子产品。高科技、军事、生产行业也高科技、军事、生产行业也有特殊应用。有特殊应用。34【思考】【思考】目前化学电池主要分为哪几个大类？目前化学电池主要分为哪几个大类？ 在性能等方面它们各有什么特点？在性能等方面它们各有什么特点？ 产生电能的基本原理是什么？产生电能的基本原理是什么？化学电池与其他能源相比有哪些优点？化学电池与其他能源相比有哪些优点？判断电池的优劣标准主要是什么？判断电池的优劣标准主要是什么？35知识点知识点1：化学电池：化学电池1)概念概念:将化学能变成电能的装置将化学能变成电能的装置2)分类分类:一次电池又称不可充电电池一次电池又称不可充电电池如：干电池如：干电池二次电池又称充电电池二次电池又称充电电池蓄电池蓄电池燃料电池燃料电池3)优点优点:4)电池优劣的判断标准电池优劣的判断标准:能量转换效率高，供能稳定可靠。能量转换效率高，供能稳定可靠。可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。和电池组，使用方便。易维护，可在各种环境下工作。易维护，可在各种环境下工作。比能量比能量 符号符号(Wh/kg)，(Wh/L)指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少比功率比功率符号是符号是W/kg，W/L)指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小电池的储存时间的长短电池的储存时间的长短36锂电池锂电池干电池干电池叠层电池叠层电池纽扣电池纽扣电池各各类类电电池池知识点知识点2：各类电池：各类电池37空气电池空气电池小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池 381 1、干电池、干电池( (普通锌锰电池）普通锌锰电池）干电池用锌制桶形外壳作干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充墨周围填充NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和淀粉作电解质溶液，还和淀粉作电解质溶液，还填充填充MnOMnO2 2的黑色粉末吸收正极放出的的黑色粉末吸收正极放出的H H2 2，防止产生极化，防止产生极化现象。电极总的反应式为：现象。电极总的反应式为：Zn+2MnOZn+2MnO2 2 + 2NH + 2NH4 4Cl = ZnClCl = ZnCl2 2+ Mn+ Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O请写出各电极的电极反应。请写出各电极的电极反应。一、一、 一次电池一次电池39练：写出练：写出锌锰干电池锌锰干电池的电极反应和总化学反的电极反应和总化学反应方程式。应方程式。负极负极正极正极总反应总反应通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电了？化判断它已经不能正常供电了？_我们在使用我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？推测可能是干电池中的什么成分起了作用？Zn-2e-=Zn2+2NH4+2e-=2NH3+H2 ， H2 +2MnO2=Mn2O3+H2O锌筒变软，电池表面变得不平整锌筒变软，电池表面变得不平整MnO2Zn+2MnOZn+2MnO2 2 + 2NH + 2NH4 4Cl = ZnClCl = ZnCl2 2+ Mn+ Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O40碱性锌碱性锌-锰干电池锰干电池负极：负极：正极：正极：电池反应：电池反应：电解质：电解质：KOHZnZnMnOMnO2 2Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2思考思考该电池的正负极材料和电解质该电池的正负极材料和电解质41干电池干电池负极负极: Zn2e-Zn2 普通锌锰干电池：普通锌锰干电池：（-）Zn ZnCl2、NH4Cl（糊状）（糊状） 石墨石墨(nO2)(+） 正极正极: 2NH4+2e-2NH3H2 总电池反应方程式总电池反应方程式 ：2NH4ClZnZnCl22NH3H2 缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液 改进后碱性锌锰电池的优点：改进后碱性锌锰电池的优点： 电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。 二氧化锰的用途二氧化锰的用途Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2422 2、迷你型电池、迷你型电池 优点：电压高、稳定，低污染。优点：电压高、稳定，低污染。 用途：手表、相机、心率调节器用途：手表、相机、心率调节器 HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S） Ag2O（S）+Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）433 3、锂电池、锂电池锂电池：锂电池：（- -）LiLi（S S） LiILiI（晶片）（晶片） I I2 2(+(+） 锂亚硫酰氯电池锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl(Li-SOCl2 2) )：8Li+3SOCl8Li+3SOCl2 2=6LiCl+Li=6LiCl+Li2 2SOSO3 3+2S+2S负极：负极： ；正极：；正极： 。用途：质轻、高能用途：质轻、高能( (比能量高比能量高) )、高工作效率、高稳定电压、工、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。8Li-8e8Li-8e- -=8Li=8Li+ +3SOCl3SOCl2 2+8e+8e- -=6Cl=6Cl- -+SO+SO3 32-2-+2S+2S44铅蓄电池、铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池1.铅蓄电池铅蓄电池1)正负极材料正负极材料正极：正极：PbO2负极：负极：Pb2)工作工作机制机制电解质：电解质：H2SO4溶液溶液铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电和充电两个过程分为放电和充电两个过程二、二次电池二、二次电池45放电过程总反应：放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4=2PbSO4(s)+2H2O Pb(s) + SO42- -2e- =PbSO4 (s)正极：正极：PbO2(s) + 4H+SO42- +2e- =2PbSO4 (s) +2H2O 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应负极：负极：放电过程放电过程铅蓄电池充电的反应则是上述反应的铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程逆过程46Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4 2PbSO4(s)+2H2O(l)充电过程充电过程PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- 还原反应还原反应阴极：阴极：阳极：阳极：2PbSO4 (s)+2H2O -2e- = PbO2(s) + H+ + SO42- 氧化反应氧化反应接电源负极接电源负极接电源正极接电源正极充电过程总反应：充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4铅蓄电池的充放电过程：铅蓄电池的充放电过程：放电放电充电充电473)优缺点简析优缺点简析缺点：缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境比能量低、笨重、废弃电池污染环境优点：优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉价格低廉其它二次电池其它二次电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池离子蓄电池482 2、银锌蓄电池、银锌蓄电池 正极壳填充正极壳填充AgAg2 2O O和石墨，负极盖填充锌汞合和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液金，电解质溶液KOHKOH。反应式为：。反应式为：2Ag+Zn(OH)2Ag+Zn(OH)2 2 Zn+Ag Zn+Ag2 2O+HO+H2 2O O 写出电极反应式。写出电极反应式。充电充电放电放电1970-1975, 1970-1975, 1970-1975, 1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。开发了先进的银锌、镍镉电池技术。开发了先进的银锌、镍镉电池技术。开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 1975-1983, 1975-1983, 1975-1983, 1975-1983, 为美国海军生产潜水艇用银锌电池。为美国海军生产潜水艇用银锌电池。为美国海军生产潜水艇用银锌电池。为美国海军生产潜水艇用银锌电池。1979-1987,1979-1987,1979-1987,1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。 1998-1992, 1998-1992, 1998-1992, 1998-1992, 为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。49银银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：充电和放电过程可以表示为：2Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O放电放电充电充电此电池放电时，负极上发生反应的物质是（此电池放电时，负极上发生反应的物质是（ ）A.Ag B.Zn(OH)22D电极反应：电极反应：负极：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正极：正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-503 3、镉镍电池、镉镍电池NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 放放电电充电充电负极材料：负极材料：CdCd；正极材料：正极材料：涂有涂有NiONiO2 2，电解质：电解质：KOHKOH溶液。溶液。反应式如下：反应式如下：写出电极反应式。写出电极反应式。 特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。 51镍镍镉可充电电池可发生如下反应：镉可充电电池可发生如下反应：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，该电池的负极材料是由此可知，该电池的负极材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电放电充电充电A. Cd （ A ）B. NiO(OH) D. Ni(OH)2C. Cd(OH)2电极反应：电极反应：负极：负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2 正极：正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-52大有发展前景的燃料电池大有发展前景的燃料电池 燃料电池燃料电池是利用是利用氢气、天然气、甲醇氢气、天然气、甲醇等燃等燃料与料与氧气或空气氧气或空气进行电化学反应时释放出来的进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池。目前化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃燃料电池的能量转化率可达近料电池的能量转化率可达近80%80%，约为火力发电，约为火力发电的的2 2倍倍。这是因为火力发电中放出的废热太多。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的燃料电池的噪声噪声及硫氧化物、氮氧化物等及硫氧化物、氮氧化物等废气废气污染都接近零污染都接近零；燃料电池发明于燃料电池发明于1919世纪世纪3030年代末，年代末，经反复试验、改进，到经反复试验、改进，到2020世纪世纪6060年代才开始进入实用年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的阶段。第一代燃料电池的大致情况如下：大致情况如下： ( (三三) )燃料电池燃料电池53氢氧燃料电池氢氧燃料电池54新型燃料电池新型燃料电池 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池界输入，同时将电极反应产物不断排出电池55燃料电池燃料电池 优点：能量转化率高，可持续使优点：能量转化率高，可持续使用，用，对环境友好对环境友好 用途：宇宙飞船，应用前景广阔用途：宇宙飞船，应用前景广阔负极负极 : 2H2+4OH-4e-4H2O 正极正极 : O2+2H2O4e-4OH- 总反应方程式总反应方程式 ： 2H2O22H2O（- -）NiNi（多孔）（多孔） KOHKOH（溶液）（溶液） NiONiO2 2 (+ (+） 56燃燃 料料 电电 池池介质电池反应： 2H2 + = 2H2O 酸性负极正极中性负极 正极碱性负极正极2H2 - 4e- = 4H+O2 + 4H+ 4e-= 2H2O2H2 - 4e- = 4H+O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-2H2 +4OH- 4e- = 4H2O O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-57固体燃料电池固体燃料电池介质介质电池反应：电池反应： 2H2 + = 2H2O 负负极极正正极极负负极极 正正极极2H2 - 4e- +2O2= 2H2OO2 + 4e-= 2O2 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 58航天技术上使用的一种电航天技术上使用的一种电池，它具有高能、轻便、池，它具有高能、轻便、不污染环境等优点。用不污染环境等优点。用PtPt做电极，做电极，KOHKOH溶液做电解溶液做电解液，因其反应与氢氧燃烧液，因其反应与氢氧燃烧相似，故称为氢氧燃烧电相似，故称为氢氧燃烧电池。请写出各电极的电极池。请写出各电极的电极反应。反应。氢氧燃料电池氢氧燃料电池若将氢气换成甲烷，若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应写出各电极的电极反应PtPt电极电极H2O2氢氧燃料电池模拟氢氧燃料电池模拟KOH59将铂丝插入将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为通入甲烷的一极为_，这一极的电极反应，这一极的电极反应为为_；通入氧气的一极；通入氧气的一极为为_，电极反应为，电极反应为_，总，总反应为反应为_。负极负极CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O正极正极O2+4e-+2H2O=4OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O若将氢气换成甲烷，若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应写出各电极的电极反应60书写电极反应式应注意以下几点：书写电极反应式应注意以下几点：1 1电极反应是一种离子反应，遵循书写离电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如子反应的所有规则（如“拆拆”、“平平”）；）；3 3负极失电子所得氧化产物和正极得电子负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如4价的价的C在在酸性溶液中酸性溶液中以以CO2形式存在，形式存在，在在碱性溶液中碱性溶液中以以CO32形式存在）；形式存在）；2 2将两极反应的电子得失数配平后，相加将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；另一极反应；61用途广泛的电池用于用于“神六神六”的太阳能电的太阳能电池池笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池手机专用电池手机专用电池摄摄像像机机专专用用电电池池各各式式各各样样的的纽纽扣扣电电池池62 迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已 投投入使用的高性能、无污染电池。入使用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池金属氢化物镍电池与镉镍电池与镉镍电池有相同的工作电压有相同的工作电压(12(12伏伏) )，但由于采用了，但由于采用了稀土合金或稀土合金或TiNiTiNi合金合金储氢材料作为储氢材料作为 负极活性物质负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其，取代了致癌物质镉，使其 成为成为一种绿色环保电池。一种绿色环保电池。 锂离子蓄电池锂离子蓄电池系由系由碳作负极，嵌锂的金碳作负极，嵌锂的金属氧化物作属氧化物作 正极和有机电解质构成正极和有机电解质构成，其工作电压为，其工作电压为3636伏，因伏，因此一个此一个 锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。可充可充电碱锰电池电碱锰电池是在是在碱性锌锰原电池碱性锌锰原电池基础上发展起基础上发展起 来的，由于应来的，由于应用了无汞化的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池用了无汞化的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池 的电流的电流放电特性，而且能充电使用几十次至几百次。放电特性，而且能充电使用几十次至几百次。太阳能电池太阳能电池利用利用PNPN结的结的光电效应光电效应，把太阳光能直接转换成电，把太阳光能直接转换成电 能，满足用户能，满足用户需要。这种发电具有无需燃料、无污染、无需要。这种发电具有无需燃料、无污染、无 噪声、运行简单噪声、运行简单可靠、减少维护、建设周期短等特点，已被空间和无常规能源可靠、减少维护、建设周期短等特点，已被空间和无常规能源的地域广泛采用。的地域广泛采用。绿色电池种种绿色电池种种63电池的发展方向电池的发展方向l光电池使用方便光电池使用方便, ,特别是近年来特别是近年来 微小型半导体逆变器微小型半导体逆变器迅速发展迅速发展, ,促使其应用更加快捷促使其应用更加快捷. .美美, ,日日, ,欧和发展中国欧和发展中国家都制定出庞大的家都制定出庞大的 光伏技术发展计划光伏技术发展计划, ,开发方向是大开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性幅度提高光电池转换效率和稳定性, ,降低成本降低成本, ,不断扩不断扩大产大产 业业. .目前已有目前已有8080多个多个l国家和地区形成国家和地区形成l商业化商业化, ,半商业化半商业化l生产能力生产能力, , 市场开市场开l拓从拓从 空间转向地空间转向地l面系统应用。面系统应用。64课堂总结1 1、仅有一个电极材料参与反应的原电池：、仅有一个电极材料参与反应的原电池：负极：负极：M-xe=MM-xe=Mx+x+正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属正极：析氢或吸氧或析出不活泼金属2 2、两个电极均参与反应的原电池、两个电极均参与反应的原电池 （如蓄电池，纽扣电池）（如蓄电池，纽扣电池）电极材料：金属为负极，金属化合物为正极电极材料：金属为负极，金属化合物为正极65电子得失均由两电极本身发生电子得失均由两电极本身发生电极反应需考虑电解质溶液的参与电极反应需考虑电解质溶液的参与 3 3、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）、电极材料本身均不参与反应的电池（燃料电池）两电极材料均为惰性电极两电极材料均为惰性电极负极可燃性气体失电子，正极助燃性气体得负极可燃性气体失电子，正极助燃性气体得 电子电子电极反应考虑电解质溶液电极反应考虑电解质溶液661 1、在含有、在含有H H2 2S S气体的空气中，银器表面易变黑（生成了气体的空气中，银器表面易变黑（生成了AgAg2 2S S），为了除去银器表面），为了除去银器表面AgAg2 2S S，可采用如下方法：在一个，可采用如下方法：在一个铝制的容器中放入食盐溶液，将银器浸入食盐溶液，使银铝制的容器中放入食盐溶液，将银器浸入食盐溶液，使银器与铝接触良好过一段时间，银器表面变为银白色，并器与铝接触良好过一段时间，银器表面变为银白色，并闻到臭鸡蛋的气味，观察到有少量白色絮状沉淀生成，请闻到臭鸡蛋的气味，观察到有少量白色絮状沉淀生成，请用电极反应式和离子方程式表示上述过程用电极反应式和离子方程式表示上述过程巩固练习Al-3e-=Al3+Ag2S+2e-=2Ag+S2-2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3+3H2S 672 2、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视，可用因而受到重视，可用LiLi2 2COCO3 3和和NaNa2 2COCO3 3的熔的熔融盐混合物作电解质，融盐混合物作电解质，COCO为阳极燃气，空为阳极燃气，空气与气与COCO2 2的混合气为阴极燃气，制得在的混合气为阴极燃气，制得在6565下工作的燃料电池，完成有关的电池下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：反应式：负极反应式：负极反应式：2CO+2CO2CO+2CO3 32-2-=4CO=4CO2 2+4e+4e正极反应式：正极反应式：总反应式：总反应式：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO2683.3.锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为电池，某种锂电池的总反应为Li + MnOLi + MnO2 2=LiMnO=LiMnO2 2, ,下列说法正确的是（下列说法正确的是（ ）A A、 Li Li是正极，电极反应为是正极，电极反应为Li Li e e- - = Li= Li+ +B B、 Li Li是负极，电极反应为是负极，电极反应为Li Li e e- - = Li= Li+ +C C、 Li Li是负极，电极反应为是负极，电极反应为MnOMnO2 2 + e+ e- - = MnO= MnO2 2 D D、 Li Li是负极，电极反应为是负极，电极反应为Li Li 2e2e- - = Li= Li2+2+B694 4、19911991年我国首创以铝、空气、海水电池为能源的新型海年我国首创以铝、空气、海水电池为能源的新型海水标志灯已经研制成功。该灯以海水为电解质溶液，靠空水标志灯已经研制成功。该灯以海水为电解质溶液，靠空气中氧使铝不断氧化产生电流。只要把灯放入海水中数分气中氧使铝不断氧化产生电流。只要把灯放入海水中数分钟就发出耀眼的闪光，其能量比干电池高钟就发出耀眼的闪光，其能量比干电池高2020到到5050倍。运用倍。运用所学的化学知识，推测该新型电池两极上可能发生的电极所学的化学知识，推测该新型电池两极上可能发生的电极反应。反应。负极负极 正极正极4Al-12e=4Al3+3O2+6H2O+12e=12OH-不活泼金属或碳不活泼金属或碳Cu5 5已知：已知：Cu+2FeClCu+2FeCl3 3=2FeCl=2FeCl2 2+CuCl+CuCl2 2利用这一反应，试设计一利用这一反应，试设计一个原电池，画出示意图，标明电极材料名称，电解质溶液，个原电池，画出示意图，标明电极材料名称，电解质溶液，然后填空：然后填空：正极正极 电极反应电极反应 负极负极 电极反应电极反应2Fe3+2e=2Fe2+Cu-2e=Cu2+706 6、已知：铅蓄电池充电完毕后，电池中硫酸的密度为、已知：铅蓄电池充电完毕后，电池中硫酸的密度为 1 1，放电，放电完毕后，溶液的密度变为完毕后，溶液的密度变为 2 2。又铅蓄电池充电时的反应：。又铅蓄电池充电时的反应：2PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2O Pb+PbOO Pb+PbO2 2+2H+2H2 2SOSO4 4法拉第常数：法拉第常数：F=96500C/molF=96500C/mol写出铅蓄电池使用时所产生的总反应式及两电极上的半反应。写出铅蓄电池使用时所产生的总反应式及两电极上的半反应。已知充放电完毕后，溶液的密度是下列两个数据：已知充放电完毕后，溶液的密度是下列两个数据：3 3, ,相当于含相当于含14.35%(14.35%(质量质量) )的硫酸，的硫酸，3 3, ,相当于含相当于含36.87% (36.87% (质量质量) )的硫酸请指出的硫酸请指出分别分别 1 1， 2 2对应于哪一个数据？对应于哪一个数据？用什么方法可以确定什么时候该充电什么时候该停止充电？用什么方法可以确定什么时候该充电什么时候该停止充电？按方程式计算生成及消耗的水和硫酸的质量。按方程式计算生成及消耗的水和硫酸的质量。计算一个电容量为计算一个电容量为4.32104.32106 6C C的蓄电池中需加多少硫酸？的蓄电池中需加多少硫酸？用久了的铅蓄电池会对环境造成污染，为什么？用久了的铅蓄电池会对环境造成污染，为什么？充电充电71新课标人教版选修四化学反应原理新课标人教版选修四化学反应原理7/19/2024第四章第四章 电化学基础电化学基础第三节第三节 电解池电解池（3课时）课时）72思考回忆思考回忆1、电解质是指在、电解质是指在_ _ _能够导电的化能够导电的化合物。合物。2、电离是指电解质在、电离是指电解质在_或或_状态下离解成状态下离解成_的过程。的过程。3、原电池是、原电池是_ _ 的装置的装置 。4、写出下列物质的电离方程式、写出下列物质的电离方程式 CuCl2 H2O NaHSO4 CH3COONH4 水溶液或熔融状态下水溶液或熔融状态下水溶液水溶液熔融熔融自由移动离子自由移动离子把化学能转化为电能把化学能转化为电能73一、电解原理一、电解原理演示试验演示试验实验微观解释实验微观解释结论：结论：电解质通电前在水溶液中自由移动的阴、阳离电解质通电前在水溶液中自由移动的阴、阳离子作子作_运动；在外电源的作用下（运动；在外电源的作用下（直流电直流电)，改作，改作_移动而导电。在导电的同时，在阳、移动而导电。在导电的同时，在阳、阴两极发生氧化阴两极发生氧化还原反应，即被电解，电离是还原反应，即被电解，电离是_的前题。的前题。 自由自由定向定向电解电解74直流电源直流电源电极电极电解质电解质电极反应电极反应阴极阴极:阳极阳极:总反应总反应:Cu2+ClClCu2+ + 2e Cu2Cl2e Cl2Cu2+ + 2Cl电解电解CuCl2（还原还原反应）反应）（氧化氧化反应）反应）电解电解被还原被还原得得e失失e被氧化被氧化（放出（放出Cl2）（析出（析出Cu）电解氯化铜原理电解氯化铜原理CuCl2 Cu2+2ClII阴极阴极阳极阳极ee正极正极负极负极电电 源源Cu +Cl2Cu +Cl2（氧化还原氧化还原反应）反应）751、电解原理、电解原理在外加在外加在外加在外加直流电源直流电源直流电源直流电源的作用下，电解质的的作用下，电解质的的作用下，电解质的的作用下，电解质的阴阳离子阴阳离子阴阳离子阴阳离子在在在在阴阳阴阳阴阳阴阳两极两极两极两极发生发生发生发生氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应的过程，叫电解。的过程，叫电解。的过程，叫电解。的过程，叫电解。电流是发生氧化电流是发生氧化电流是发生氧化电流是发生氧化还原反应的根源、动力。还原反应的根源、动力。还原反应的根源、动力。还原反应的根源、动力。阴阳离子在做定向运动导电的同时，也就阴阳离子在做定向运动导电的同时，也就阴阳离子在做定向运动导电的同时，也就阴阳离子在做定向运动导电的同时，也就在两极发生了氧化还原反应，生成了新物在两极发生了氧化还原反应，生成了新物在两极发生了氧化还原反应，生成了新物在两极发生了氧化还原反应，生成了新物质；质；质；质；而金属导电是由自由电子的定向运动形成，而金属导电是由自由电子的定向运动形成，而金属导电是由自由电子的定向运动形成，而金属导电是由自由电子的定向运动形成，无反应发生，无新物质生成，两者有本质无反应发生，无新物质生成，两者有本质无反应发生，无新物质生成，两者有本质无反应发生，无新物质生成，两者有本质区别。区别。区别。区别。明明 确确76定义：定义：定义：定义：把把把把电能电能电能电能转化为转化为转化为转化为化学能化学能化学能化学能的装置。的装置。的装置。的装置。组成：组成：组成：组成： 两个电极、两个电极、两个电极、两个电极、 电解质溶液、电解质溶液、电解质溶液、电解质溶液、 直流电源直流电源直流电源直流电源电极电极电极电极阳极阳极阳极阳极： 与外电源与外电源与外电源与外电源正极正极正极正极相连的电极，相连的电极，相连的电极，相连的电极，出出出出电子，电子，电子，电子，氧化氧化氧化氧化反应。反应。反应。反应。阴极阴极阴极阴极：与外电源与外电源与外电源与外电源负极负极负极负极相连的电极，相连的电极，相连的电极，相连的电极，进进进进电子，电子，电子，电子，还原还原还原还原反应。反应。反应。反应。惰性惰性惰性惰性电极：电极：电极：电极： C C C C、PtPtPtPt、AuAuAuAu等，不论做阴极、阳极，等，不论做阴极、阳极，等，不论做阴极、阳极，等，不论做阴极、阳极，本身都不反应。本身都不反应。本身都不反应。本身都不反应。活泼活泼活泼活泼电极：电极：电极：电极：FeFeFeFe、CuCuCuCu、AgAgAgAg等等等等, , , ,做做做做阴极阴极阴极阴极本身本身本身本身不反应不反应不反应不反应, , , ,做做做做阳极阳极阳极阳极，本身本身本身本身被氧化被氧化被氧化被氧化溶解。溶解。溶解。溶解。电电 解解 池池电极材料电极材料电极材料电极材料2、773 3、构成电解池的条件：、构成电解池的条件：直流电源；直流电源；与电源负极相连的电极为阴极与电源负极相连的电极为阴极与电源正极相连的电极为阳极与电源正极相连的电极为阳极电极电极电解质溶液或熔融电解质； 形成闭合的回路形成闭合的回路784.电解池电极反应规律（阳氧阴还）电解池电极反应规律（阳氧阴还）(1)(1)阴极：得电子，还原反应阴极：得电子，还原反应 电极本身不参加反应电极本身不参加反应 一定是电解质溶液中阳离子一定是电解质溶液中阳离子“争争”得电子得电子(2)(2)阳极：失电子，氧化反应阳极：失电子，氧化反应 若为金属（非惰性）电极，电极失电子若为金属（非惰性）电极，电极失电子 若为惰性电极，电解质溶液中阴离子若为惰性电极，电解质溶液中阴离子“争争”失电子失电子 79重重点点要判断电极反应的产物，必须掌握离子的要判断电极反应的产物，必须掌握离子的要判断电极反应的产物，必须掌握离子的要判断电极反应的产物，必须掌握离子的放电顺序放电顺序。阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。80离子放电顺序：离子放电顺序：阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。 活性材料作电极时：活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，阴离子不容易在电极上放电。成阳离子进人溶液，阴离子不容易在电极上放电。 用惰性电极用惰性电极(Pt(Pt、AuAu、石墨、钛等、石墨、钛等) )时：时：溶溶液中阴离子的放电顺序（由难到易）是：液中阴离子的放电顺序（由难到易）是：S S 2-2-SOSO3 32-2-II - -BrBr - -ClCl - -OHOH - -NONO3 3 - -SOSO4 42-2-( (等含氧酸根离子）等含氧酸根离子）等含氧酸根离子）等含氧酸根离子）FF- -AgAgAgAg+ + + +FeFeFeFe3+3+3+3+CuCuCuCu2+2+2+2+HHHH+ + + +PbPbPbPb2+2+2+2+SnSnSnSn2+2+2+2+FeFeFeFe2+2+2+2+ZnZnZnZn2 2 2 2+ + + +(HH+ +) Al Al Al Al3+3+3+3+MgMgMgMg2+2+2+2+NaNaNaNa+ + + +CaCaCaCa+ + + +KKKK+ + + +注：当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生变化，相同时按注：当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生变化，相同时按注：当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生变化，相同时按注：当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生变化，相同时按HH+ +, ,不同时按（不同时按（不同时按（不同时按（HH+ +） 无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。生反应的是溶液中的阳离子。 阳离子在阴极上放电顺序是：阳离子在阴极上放电顺序是：阳极：阳极：阴极阴极: :81想一想想一想：若若以以铜为阳极铜为阳极, ,铁为阴极铁为阴极, ,电解电解氯化铜溶液，情况又如何？氯化铜溶液，情况又如何？82分析电解反应的一般思路：分析电解反应的一般思路：明确溶液中存在哪些离子明确溶液中存在哪些离子根据根据阳极氧化阳极氧化，阴极还原阴极还原分析得出产物分析得出产物阴阳两极附近有哪些离子阴阳两极附近有哪些离子835电极反应式、电解方程式的书写：电极反应式、电解方程式的书写：例：例：例：例： 写出用石墨做电极电解写出用石墨做电极电解写出用石墨做电极电解写出用石墨做电极电解CuSOCuSOCuSOCuSO4 4 4 4溶液的电极反应式及总的溶液的电极反应式及总的溶液的电极反应式及总的溶液的电极反应式及总的电解方程式，电解方程式，电解方程式，电解方程式，方方方方 法法法法 阴极：阴极：阴极：阴极：阳极：阳极：阳极：阳极：、最后使得失数相等，两极半反应相加得总方程式最后使得失数相等，两极半反应相加得总方程式最后使得失数相等，两极半反应相加得总方程式最后使得失数相等，两极半反应相加得总方程式；电解电解电解电解电解电解电解电解阴极：阴极：阴极：阴极：阳极：阳极：阳极：阳极： 4OH 4eO2+2H2O2Cu2Cu2Cu2Cu2+2+2+2+4e4e4e4e2Cu2Cu2Cu2CuOHOHOHOH SO SO SO SO4 4 4 4 2 2 2 2H H H H+ + + + CuCuCuCu2+2+2+2+H H H H2 2 2 2O HO HO HO H+ + + +OH+OH+OH+OH CuSOCuSOCuSOCuSO4 4 4 4 Cu Cu Cu Cu2+2+2+2+ SO+ SO+ SO+ SO4 4 4 4 2 2 2 2、首先分析、比较出阴阳极的放电离子：、首先分析、比较出阴阳极的放电离子：、首先分析、比较出阴阳极的放电离子：、首先分析、比较出阴阳极的放电离子：、然后写电极反应式、然后写电极反应式、然后写电极反应式、然后写电极反应式 ：2Cu2Cu2Cu2CuO O O O2 2 2 2+4H+4H+4H+4H+ + + +或或或或 2CuSO 2CuSO 2CuSO 2CuSO4 4 4 4+2H+2H+2H+2H2 2 2 2O O O O（电解化学方程式电解化学方程式电解化学方程式电解化学方程式）2Cu2Cu2Cu2CuO O O O2 2 2 2+2H+2H+2H+2H2 2 2 2SOSOSOSO4 4 4 42Cu2Cu2Cu2Cu2+2+2+2+2H+2H+2H+2H2 2 2 2O O O O（电解离子方程式电解离子方程式电解离子方程式电解离子方程式）84练习：练习：完成下列溶液的电极反应。完成下列溶液的电极反应。 (以石墨为电极电解以石墨为电极电解)硫酸溶液硫酸溶液：盐酸盐酸：NaOH溶液溶液:CuBr2溶液：溶液：KCl溶液：溶液：CuSO4溶液溶液：Na2SO4溶液：溶液：85阳极：阳极：4OH- - 4e- = 2H2O + O2阴极：阴极：4H+ + 4e- = 2H2总反应：总反应：2H2O 2H2 + O286阳极：阳极：2Cl - - 2e- = Cl2阴极：阴极： 2H+ + 2e- = H2 2HCl H2 + Cl2 总反应：总反应：87阳极：阳极：Cu 2e- = Cu 2+阴极：阴极：Cu 2+ + 2e- = Cu88阳极：阳极：4OH- - 4e- = 2H2O + O2阴极：阴极：2Cu 2+ + 4e- = 2Cu总反应：总反应：2CuSO4 + 2H2O2Cu + 2H2SO4 + O289电解规律（惰性电极）小结电解规律（惰性电极）小结 阳阳极极：S2- I- Br- Cl- OH- 含含氧氧酸酸根根 F- 与与区：电解本身型区：电解本身型 如如CuClCuCl2 2 、HClHCl与与区：放氢生碱型区：放氢生碱型 如如NaCl与与区：放氧生酸型区：放氧生酸型 如如CuSO4、AgNO3与与区：电解水型区：电解水型 如如NaNa2 2SO4、H2 2SO4 、NaOH阴极：阴极：Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+（H+）Al3+Mg2+Na+90 电解质溶液用惰性电极电解的示例电解质溶液用惰性电极电解的示例：电解解类型型举 例例电极反极反应溶液溶液PH变化化溶液复原方法溶液复原方法物物质类别实例例仅溶溶剂水水电解解 仅溶溶质电解解 溶溶质和和溶溶剂同同时电解解 含氧酸含氧酸H2SO4强强碱碱NaOH活活泼金属的金属的含氧酸含氧酸盐Na2SO4无氧酸无氧酸HCl阳极：阳极：4OH-4e-=O2+2H2O阴极：阴极：4H+ + 4e- = 2H2减小减小增大增大不不变H2O阳极：阳极：2Cl- 2e-=Cl2阴极：阴极：2H+2e- = H2增大增大HCl不活不活泼金属金属的无氧酸的无氧酸盐CuCl2阳极：阳极：2Cl- 2e- =Cl2阴极：阴极：Cu2+2e- = Cu减少减少CuCl2活活泼金属的金属的无氧酸无氧酸盐NaCl阳极：阳极：2Cl- 2e- =Cl2阴极：阴极：2H+2e- =H2增大增大HCl不活不活泼金属的金属的含氧酸含氧酸盐CuSO4阳极：阳极：4OH- 4e- =O2+2H2O阴极：阴极：2Cu2+4e- = 2Cu减小减小CuO91（ A ）（B）（C）（D）Hg(NO3)2AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFe1.判断判断A、B、C、D属于原电池的是属于原电池的是，属于电解，属于电解池的是池的是；并写出下列装置的电极反应式。；并写出下列装置的电极反应式。巩固练习巩固练习922.2.如上图所示，通电后如上图所示，通电后A A极上析出极上析出AgAg，对该装置的有关叙，对该装置的有关叙述正确的是述正确的是是电源的正极是电源的正极极上发生的反应为：极上发生的反应为：4OH4OH- - - 4e- 4e- -=2H=2H2 2O+OO+O2 2C.C.电解时，甲、乙、丙三池中，除电解时，甲、乙、丙三池中，除E E、F F两极外，其余电两极外，其余电极均参加了反应极均参加了反应D.D.通电后，甲池的通电后，甲池的PHPH减小，而乙、丙两池溶液的减小，而乙、丙两池溶液的PHPH不变不变B 933.用铂电极电解下表中各组物质的水溶液，电解一段时间以后，甲、乙两池中溶液的pH值均减小，而在和两极，电极产物电极产物的物质的量之比为的物质的量之比为12的是的是 甲 乙l A B C Dl甲 KOH H2SO4 Na2SO4 CuSO4l乙 CuSO4 AgNO3 HCl HNO3 甲甲乙乙D944.为为下下图图所所示示装装置置中中，a、b都都是是惰惰性性电电极极，通通电电一一段段时时间间后后，b极极附附近近溶溶液液呈呈红红色色。下下列说法正确的是列说法正确的是AX是正极，是正极，Y是负极是负极BX是负极，是负极，Y是正极是正极CCuSO4溶液的溶液的pH值逐渐减小值逐渐减小DCuSO4溶液的溶液的pH值不变值不变 a X Y bPtCuCuSO4溶液溶液NaCl和酚酞溶液和酚酞溶液AC 95装置原电池电解池实例原理形成条电极名称电子流向电流方向电极反应能量转化应用发生氧化还原反应，从而形成电流发生氧化还原反应，从而形成电流电流通过引起氧化还原反应电流通过引起氧化还原反应两个电极、电解质溶液或熔融态电解质、形两个电极、电解质溶液或熔融态电解质、形成闭合回路、成闭合回路、自发发生氧化还原反应自发发生氧化还原反应电源、电极（惰性或非惰性）、电电源、电极（惰性或非惰性）、电解质（水溶液或熔融态）解质（水溶液或熔融态） 由电极本身决定由电极本身决定正极正极：流入电子：流入电子 负极负极：流出电子：流出电子 由外电源决定由外电源决定阳极阳极：连电源正极连电源正极 阴极阴极：连电源负极连电源负极（外电路）负极（外电路）负极 正极正极 电源负极电源负极阴极阴极阳极阳极电源正极电源正极（外电路）正极（外电路）正极负极负极电源正极电源正极阳极阳极阴极阴极电源负极电源负极负极：负极：Zn - 2e- =Zn2+（氧化反应）（氧化反应） 正极：正极：2H+ + 2e- =H2（还原原应）（还原原应） 阳极：阳极：2 CI- - 2e- = CI2 (氧化反应氧化反应)阴极阴极: Cu2+ + 2e- = Cu (还原反应还原反应)化学能化学能 电能电能电能电能化学能化学能设计电池、金属防腐设计电池、金属防腐氯碱工业、电镀、电冶、金属精炼氯碱工业、电镀、电冶、金属精炼铜锌原电池铜锌原电池电解氯化铜电解氯化铜96二、电解原理的应用二、电解原理的应用1.电解食盐水电解食盐水思考思考:（1）通电前，饱和食盐水中存在哪些离子）通电前，饱和食盐水中存在哪些离子?这些离子的运动情况这些离子的运动情况怎样？怎样？（2）在电解装置中可否选用铜作阴、阳极的电极材料，为什么？）在电解装置中可否选用铜作阴、阳极的电极材料，为什么？（3）通电后，溶液中的离子运动发生了什么变化？）通电后，溶液中的离子运动发生了什么变化？（4）通电后，溶液中的在阴、阳放电的是什么离子？）通电后，溶液中的在阴、阳放电的是什么离子？（5）电解后，在阴极区和阳极区分别得到的产物是什么？）电解后，在阴极区和阳极区分别得到的产物是什么？怎样初怎样初步检验两极产物的生成步检验两极产物的生成?阳极：湿润的淀粉阳极：湿润的淀粉KI试纸试纸阴极：酚酞试液阴极：酚酞试液97l现象：现象：l阳极：有气泡产生，使湿阳极：有气泡产生，使湿润的淀粉润的淀粉KI试纸试纸变蓝变蓝l阴极：有气泡产生，滴加阴极：有气泡产生，滴加酚酞溶液酚酞溶液变红变红实验装置实验装置阳极：阳极：2Cl-2e- =Cl2阴极：阴极：2H+2e- =H2总式：总式：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2通电通电电解饱和电解饱和食盐食盐水可以制造烧碱、氯气和氢气。水可以制造烧碱、氯气和氢气。98（1）生产设备名称：离子交换膜电解槽）生产设备名称：离子交换膜电解槽阴极：碳钢阴极：碳钢 阳极：钛阳极：钛阳离子交换膜：只允许阳离子通过阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl、OH离子和气体不能通过离子和气体不能通过)，把电解槽隔成，把电解槽隔成阴极室和阳极室。阴极室和阳极室。 （2）离子交换膜的作用：）离子交换膜的作用：a、防止氢气和氯气混合而引起爆炸；、防止氢气和氯气混合而引起爆炸；b、避免氯气和氢氧化钠反应生成、避免氯气和氢氧化钠反应生成 ，而影响，而影响氢氧化钠的产量。氢氧化钠的产量。氯碱工业氯碱工业:离子交换膜法制烧碱离子交换膜法制烧碱21099+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水淡盐水NaOH溶液溶液精制饱和精制饱和NaCl溶液溶液H2O（含少量（含少量NaOH）离子交换膜离子交换膜 阳阳 极极金属钛网金属钛网阴阴 极极碳钢网碳钢网阳阳极极室室阴阴极极室室100粗盐的成份：粗盐的成份： 泥沙、泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42杂质，会与杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜精制食盐水精制食盐水杂质的除去过程：杂质的除去过程：粗盐水粗盐水 含少量含少量Ca2+.Mg2+精制精制盐水盐水1012.2.铜的电解精炼铜的电解精炼一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、金等），这种粗一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低电线的导电铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低电线的导电能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。能力。因此必须利用电解的方法精炼粗铜。粗铜粗铜 含杂质含杂质(Zn Fe Ni Ag Au 等等)纯铜纯铜粗铜粗铜阳极：阳极： Zn Zn2+2e- Fe Fe2+2e- Ni Ni2+2e-Cu Cu2+2e- Zn Fe Ni CuAg Au 阴极阴极: Cu2+ + 2e- Cu阳极泥阳极泥问：电解完后，问：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？溶液的浓度有何变化？CuSO4溶液溶液阳极泥阳极泥: 相对不活泼的金相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电属以单质的形式沉积在电解槽底解槽底,形成阳极泥形成阳极泥1023. 3. 电镀电镀电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程，它是电解原理的又一重要应用。金的过程，它是电解原理的又一重要应用。电镀可以使金属更电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力加美观耐用，增强防锈抗腐能力。例如，钢铁是人们最常用的。例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。防止钢铁金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、铜、铬、镍等。铜、铬、镍等。电镀：电镀：电镀是利用电解原理在某些金属表面镀电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程上一薄层其他金属或合金的过程，铁铁片片铜铜片片硫酸铜溶液硫酸铜溶液电极：电极： 阳极阳极镀层金属镀层金属 或惰性电极或惰性电极 阴极阴极待镀金属制品待镀金属制品 电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。 溶液中溶液中CuSO4的浓度保持不变的浓度保持不变或变小或变小1034、电冶金、电冶金制取金属钠制取金属钠电解熔融状态的氯化钠。电解熔融状态的氯化钠。阳极：阳极：2Cl - 2e- = Cl2阴极：阴极： 2Na+ + 2e- = 2Na总反应：总反应：2NaCl(熔融熔融) 2Na + Cl2 104电电解解熔熔融融氯氯化化钠钠制制钠钠105阳极：阳极：6O2-12 e- =3O2 阴极：阴极：4Al3+ + 12e- =4Al冶炼铝冶炼铝通电通电总式：总式：2Al2O3 4Al+3O2 原理原理:助熔剂：冰晶石（助熔剂：冰晶石（Na3AlF6 六氟合铝酸钠）六氟合铝酸钠）阳极材料阳极材料(碳碳)和熔融氧化铝需要定期补充和熔融氧化铝需要定期补充思考思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用不用AlCl3?106冶炼铝设备图冶炼铝设备图阳极阳极C电解质电解质烟罩烟罩熔融熔融态铝态铝钢壳钢壳钢导电棒钢导电棒阴极阴极C耐火耐火材料材料107思考交流思考交流试比较电解饱和食盐水与电解熔融氯化钠的异同试比较电解饱和食盐水与电解熔融氯化钠的异同(提示提示:比较电解质、电解装置、电极反应、电解产物）比较电解质、电解装置、电极反应、电解产物）小结小结与电源正极相连与电源正极相连阳极阳极阴极阴极与电源负极相连与电源负极相连发生氧化反应发生氧化反应阳离子移向阳离子移向阴离子移向阴离子移向发生还原反应发生还原反应1、电源、电极、电极反应关系、电源、电极、电极反应关系2、电解原理的应用：氯碱工业、电镀、电冶金、电解原理的应用：氯碱工业、电镀、电冶金108电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池、电解精炼池、电镀池的比较电解池解池电解精炼池电解精炼池电镀池池定定义形成形成条件条件电极极名称名称电极极反反应将将电能能转变成化学能成化学能的装置。的装置。应用用电解原理在某些解原理在某些金属表面金属表面镀上一上一层其其它金属的装置。它金属的装置。两两电极接直流极接直流电源源电极插人极插人电解解质溶液溶液形成形成闭合回路合回路镀层金属接金属接电源正极源正极待待镀金属接金属接电源源负极极电镀液液须含有含有镀层金金属的离子属的离子阳极：阳极：电源正极相源正极相连阴极：阴极：电源源负极相极相连阳极：阳极：镀层金属；金属；阴极：阴极：镀件件阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：阴极：还原反原反应阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应应用用电解原理将不解原理将不纯的金属提的金属提纯的装置。的装置。不不纯金属接金属接电源正极源正极纯的金属接的金属接电源源负极极电解解质溶液溶液须待提待提纯金属的离子金属的离子阳极：不阳极：不纯金属；金属；阴极：阴极：纯金属金属阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应109练习练习l分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池。1101下列说法或实验现象的描述不正确的是（下列说法或实验现象的描述不正确的是（ ）。）。A把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡B把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁C把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速度加快出速度加快D与电源负极相连的是电解槽的阴极与电源负极相连的是电解槽的阴极2100mL浓度为浓度为2mol/L的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是（速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是（ ）。）。A加入适量的加入适量的6mol/L的盐酸的盐酸 B加入数滴氯化铜溶液加入数滴氯化铜溶液C加入适量蒸馏水加入适量蒸馏水 D加入适量的氯化钠溶液加入适量的氯化钠溶液 3用石墨作电极，电解用石墨作电极，电解1mol/L下列物质的溶液，溶液的下列物质的溶液，溶液的PH值保值保持不变的是（持不变的是（ ）。）。AHCl BNaOH CNa2SO4 DNaCl4下列关于铜电极的叙述，正确的是（下列关于铜电极的叙述，正确的是（ ）。）。A铜锌原电池中铜是正极铜锌原电池中铜是正极 B用电解法精炼粗铜时，铜作阳极用电解法精炼粗铜时，铜作阳极C在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极 D电解稀硫酸制电解稀硫酸制H2、O2时，铜作阳极时，铜作阳极 1111. a 、b哪一极为正极？哪一极为正极？2. 若要给铁叉镀锌，若要给铁叉镀锌， a极选用什么材料？极选用什么材料？ 选择何种溶液？选择何种溶液？思考思考:e-112金属性强弱的判断金属性强弱的判断 已知已知M+N2+=M2+N Pt极电解相同浓度极电解相同浓度P和和M的硫酸盐，阴极先析出的硫酸盐，阴极先析出M N与与E有导线相连放入有导线相连放入E的硫酸盐溶液的硫酸盐溶液,电极反应：电极反应：E2+2e-=E，N-2e-=N2+，则四种金属活泼性由强到弱为，则四种金属活泼性由强到弱为 答案：答案：PMNE113工业上采用工业上采用Fe、C为电极电解为电极电解K2MnO4溶液制溶液制KMnO41.电解时电解时,应以应以 作阴极，电解过程中阴极附近溶液作阴极，电解过程中阴极附近溶液pH将会将会 , 2.阳极反应式为阳极反应式为 , 3.总电解反应式为总电解反应式为 . 2K2MnO4+2H2O=2KMnO4+2KOH+H2答案答案:Fe 增大增大 MnO42_e e- - =MnO4114 电解计算电解计算电子守恒法电子守恒法例一例一 ： 铂电极电解铂电极电解1LCu(NO3)2和和KNO3混合混合溶液溶液,通电一段时间通电一段时间,两极均产生两极均产生11.2L(S.T.P)气体气体.求电解后溶液的求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物并确定析出铜的物质的量质的量.解析：阳极解析：阳极 4OH-4e-=2H2O+O2 阴极阴极 Cu2+2e- =Cu 2H+2e- =H2 阳极转移电子的物质的量为阳极转移电子的物质的量为: 0.54 = 2mol,消耗消耗4OH- 2mol,即产生即产生H+ 2mol. 阴极生成阴极生成2,消耗消耗H+ 1mol;所以溶液中所以溶液中C(H+)=1mol/L pH=0 生成生成H2转移的电子转移的电子:0.5 2=1mol,故还有故还有1mole- 用于还原用于还原Cu2+,可析出铜为可析出铜为0.5mol. 115O22Cu4Ag4H2H22Cl24OH计算计算关系式：关系式：例二例二 ： 用石墨电极电解用石墨电极电解100mL H2SO4与与CuSO4的混合的混合液，通电一段时间后，两极均收集到（标况）气体，液，通电一段时间后，两极均收集到（标况）气体，则原混合液中则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（的物质的量浓度为（ ） A阳极O2为，电子为则H2为，所以Cu为，浓度为A116例三例三 ： 某硝酸盐晶体化学式为某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)xnH2O，式量，式量为为242，将该晶体溶于水配成，将该晶体溶于水配成100mL溶液，用惰性电极溶液，用惰性电极进行电解。当有进行电解。当有0.01 mol 电子转移时，溶液中金属离子电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重。求：全部析出，此时阴极增重。求：金属金属M的相对原子质量及的相对原子质量及 x、n 值；值；电解溶液的电解溶液的pH（溶液体积仍为（溶液体积仍为100mL）。）。Mx+xe-=M所以：x=2；M=64；n =3产生H+为，pH=11171.1.右右图图中中x x、y y分分别别是是直直流流电电源源的的两两极极, ,通通电电后后发发现现a a极极板板质质量量增增加加,b,b极极板板处处有有无无色色无无臭臭气气体体放放出出, ,符合这一情况的符合这一情况的A 练练 习习1182. 根据金属活动顺序表，根据金属活动顺序表，Cu不能发生如下反应：不能发生如下反应： Cu + 2H2O=Cu(OH)2+ H2。但选择恰当电极材料但选择恰当电极材料 和电解液进行电解，这个反应就能变为现实。下列四和电解液进行电解，这个反应就能变为现实。下列四 种电极材料和电解液中，能实现该反应最为恰当的是种电极材料和电解液中，能实现该反应最为恰当的是ABCD阳极阳极石墨石墨CuCuCu阴极阴极石墨石墨石墨石墨FePt电解液电解液CuSO4溶液溶液Na2SO4溶液溶液H2SO4溶液溶液H2OB1193.德国人哈伯发明了合成氨技术德国人哈伯发明了合成氨技术而获得而获得1918年诺贝尔化学奖，但年诺贝尔化学奖，但该方法须在高温高压催化剂，否该方法须在高温高压催化剂，否则难以自发进行。则难以自发进行。2000年希腊化年希腊化学家斯佳在科学杂志上公布学家斯佳在科学杂志上公布了他的新发明在常压下把氢气与了他的新发明在常压下把氢气与氮气通入一加热到氮气通入一加热到570的电解的电解池（如图）氢氮在电极上合成氨，池（如图）氢氮在电极上合成氨，而且转化率高于哈伯法的五倍，而且转化率高于哈伯法的五倍，达到达到80%. 该电解池采用了能传导某种离子（该电解池采用了能传导某种离子（ H+、 Li+、F-、 O2- ）的）的固体复合氧化物为电解质（简称固体复合氧化物为电解质（简称SCY），吸附在），吸附在SCY内外侧表内外侧表面的金属钯多孔多晶薄膜为电极。面的金属钯多孔多晶薄膜为电极。写出上文中电解池的阴阳极反应式和电解池总反应式。写出上文中电解池的阴阳极反应式和电解池总反应式。固体复合氧化物固体复合氧化物120新课标人教版选修四化学反应原理新课标人教版选修四化学反应原理7/19/2024第四章第四章 电化学基础电化学基础第四节第四节 金属的电化学腐蚀与防护金属的电化学腐蚀与防护（2课时）课时）121金属腐蚀金属腐蚀l我国作为世界上钢铁产量最多的国家（我国作为世界上钢铁产量最多的国家（2005年全国生年全国生产钢材万吨）产钢材万吨） ，每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量，每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一，因为金属腐蚀而造成的损失占到国内生的十分之一，因为金属腐蚀而造成的损失占到国内生产总值的产总值的2%4%；约合人民币：；约合人民币：3000亿元（亿元（ 2005年年我国国内生产总值将达我国国内生产总值将达15万亿元）万亿元） 。l根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经济损失大致为该国国民生产总值的济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。左右。l另据国外统计，金属腐蚀的年损失另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过远远超过水灾、火水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的灾、风灾和地震（平均值）损失的总和总和，在这里，在这里还不还不包括包括由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接由于腐蚀导致的停工、减产和爆炸等造成的间接损失。损失。看后：你有何感想？看后：你有何感想？122l金属腐蚀的主要害处，金属腐蚀的主要害处，不仅在不仅在于金属本身的损失，于金属本身的损失，更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属本身要大到无法估量。本身要大到无法估量。l腐蚀不仅造成经济损失，也经常对安全构成威胁腐蚀不仅造成经济损失，也经常对安全构成威胁。l国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因国内外都曾发生过许多灾难性腐蚀事故，如飞机因某一零部件破裂而某一零部件破裂而坠毁坠毁；桥梁因钢梁产生裂缝而；桥梁因钢梁产生裂缝而塌塌陷陷；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火；油管因穿孔或裂缝而漏油，引起着火爆炸爆炸；化；化工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境工厂中储酸槽穿孔泄漏，造成重大环境污染污染；管道；管道和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体和设备跑、冒、滴、漏，破坏生产环境，有毒气体如如Cl2、H2S、HCN等的泄漏，更会危及工作人员和等的泄漏，更会危及工作人员和附近居民的附近居民的生命安全生命安全。123l面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害面对这样惊人的数据和金属腐蚀危害事实，大家有没有想过，事实，大家有没有想过，铁怎么会被铁怎么会被腐蚀？怎样防腐？腐蚀？怎样防腐？问题讨论问题讨论钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，它钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，它们在什么条件下易生锈？们在什么条件下易生锈？ 试设计实验来试设计实验来证明你的结论。证明你的结论。124活动探究活动探究实验结论：实验结论： 。钢铁及其制品等生锈的条件钢铁及其制品等生锈的条件125问题讨论问题讨论钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，若钢铁及其制品通常为含碳的铁合金，若在潮湿的环境里或湿度较大的环境里长在潮湿的环境里或湿度较大的环境里长期放置，常易生锈变红，原因是什么？期放置，常易生锈变红，原因是什么？126活动与探究活动与探究 P91向铁粉中加入少量的炭粉，混合向铁粉中加入少量的炭粉，混合均匀后，撒入内壁分别用均匀后，撒入内壁分别用氯化钠氯化钠和和稀醋酸稀醋酸润湿过的两支试管分别润湿过的两支试管分别标记为标记为a a、b b中，按图中，按图1-281-28装置好装置好仪器。几分钟后，打开止水夹，仪器。几分钟后，打开止水夹，观察、比较导管中水柱（在水中观察、比较导管中水柱（在水中滴加几滴红墨水）的变化和试管滴加几滴红墨水）的变化和试管中的现象。中的现象。127实验现象：实验现象：装置装置a中的导管中水柱上升，装置中的导管中水柱上升，装置b中的导管中的导管中水柱下降。中水柱下降。思考：思考：导管中的水柱变化说明什么问题？导管中的水柱变化说明什么问题？讨论，小结：讨论，小结：装置装置a中的导管中水柱上升，说明大试管内气体压强中的导管中水柱上升，说明大试管内气体压强减小，减小， a装置中有气体参加反应。装置中有气体参加反应。装置装置b中的导管中水柱下降，说明大试管内气体生成。中的导管中水柱下降，说明大试管内气体生成。思考思考：向铁粉中加入炭粉的作用是什么？向铁粉中加入炭粉的作用是什么？在在a装置中铁、炭、氯化钠溶液及装置中铁、炭、氯化钠溶液及b装置中铁、炭、装置中铁、炭、醋酸均构成原电池，能加快化学反应速率。醋酸均构成原电池，能加快化学反应速率。128学生活动学生活动请大家根据原电池原理，写出电极反应式请大家根据原电池原理，写出电极反应式及及电池反应电池反应方程式。方程式。a装置中：装置中：负极：负极： Fe - 2e- = Fe2+正极：正极： O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-电池反应：电池反应： 2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2分析：分析：中性中性或或酸性很弱酸性很弱或或碱性碱性条件下，易发生条件下，易发生吸氧腐蚀吸氧腐蚀。1294Fe(OH)2 +O2 + 2H2O =4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n) H2Oa装置中：装置中：进一步反应：进一步反应：130正极：正极： 2H+ 2e- =H2 负极：负极： Fe - 2e- = Fe2+b装置中装置中:电池反应：电池反应： Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 分析：当钢铁处于分析：当钢铁处于酸性酸性气氛中时，易发生气氛中时，易发生析氢腐蚀析氢腐蚀；析氢腐蚀析氢腐蚀和和吸氧腐蚀吸氧腐蚀都都属于属于电化学腐蚀电化学腐蚀。131结合课本结合课本P90-P91相关内容相关内容1、什么是金属腐蚀？有哪些类别？、什么是金属腐蚀？有哪些类别？2、化学腐蚀和哪些因素有关？、化学腐蚀和哪些因素有关？3、什么是电化学腐蚀？有哪些类别？分别发、什么是电化学腐蚀？有哪些类别？分别发生哪些电极反应？生哪些电极反应？132知识总结知识总结金属阳离子金属阳离子失失e-氧化反应氧化反应3、金属腐蚀的类型、金属腐蚀的类型化学腐蚀化学腐蚀电化腐蚀电化腐蚀析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀（常见普遍）（常见普遍）一、金属腐蚀一、金属腐蚀金属原子金属原子2、金属腐蚀的本质：、金属腐蚀的本质：1、金属腐蚀：、金属腐蚀：是指金属或合金跟接触的气体或液体发是指金属或合金跟接触的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。M neM ne- -MMn+n+133化学腐蚀与电化腐蚀的比较化学腐蚀与电化腐蚀的比较:化学腐化学腐蚀电化腐化腐蚀条件条件现象象本本质联系系金属跟非金属金属跟非金属单质直直接接触接接触不不纯金属或合金金属或合金跟跟电解解质溶液接触溶液接触无无电流流产生生有有微弱微弱电流流产生生金属被氧化金属被氧化较活活泼金属被氧化金属被氧化两者往往同两者往往同时发生，生，电化腐化腐蚀更普遍更普遍134钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较Fe2O3 nH2O（铁锈铁锈）通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀条条件件水膜呈水膜呈酸性酸性。水膜呈水膜呈中性中性或或酸性很弱或碱性酸性很弱或碱性。电电极极反反应应负极负极Fe(- )Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+正极正极C(+)2H+2e-=H2O2+2H2O+4e-=4OH-总反应总反应:Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联联系系135交流与讨论交流与讨论铁生锈除了必须有空气及水的参与外，还受其他一些因素铁生锈除了必须有空气及水的参与外，还受其他一些因素的影响。请解释下列有关铁生锈现象的原因。的影响。请解释下列有关铁生锈现象的原因。1.相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀。相对于在内河行驶的轮船来说，海轮更容易被腐蚀。因为海水中含有较多的氯化钠等盐类，导电能力比内河因为海水中含有较多的氯化钠等盐类，导电能力比内河的水更强，而在的水更强，而在电解质溶液电解质溶液中，电化学腐蚀更容易进行。中，电化学腐蚀更容易进行。2. 1910年遗留在南极的食品罐头盒，其表面至今很少有年遗留在南极的食品罐头盒，其表面至今很少有铁锈出现。铁锈出现。是由于南极的温度常年在是由于南极的温度常年在0以下，说明在较高以下，说明在较高温度温度下，下，腐蚀更易进行。腐蚀更易进行。136交流与讨论交流与讨论3.用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。用于连接铜板的铁螺丝容易生锈。是由于铁与铜及空气中的水蒸汽构成了原电池，铁作是由于铁与铜及空气中的水蒸汽构成了原电池，铁作原原电池的负极电池的负极，因此铁易被腐蚀而生锈。，因此铁易被腐蚀而生锈。4.当化工厂派出的废气为酸性气体时当化工厂派出的废气为酸性气体时,工厂附近的铁制品工厂附近的铁制品容易生锈。容易生锈。说明铁制品在说明铁制品在酸性条件酸性条件下比在中性条件下更容易被腐蚀。下比在中性条件下更容易被腐蚀。137课堂练习课堂练习1、如图、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：（1）若液面上升，则溶液呈若液面上升，则溶液呈 性，发生性，发生 腐蚀腐蚀,电极反应式为：负极：电极反应式为：负极： ,正极：正极：若液面下降，则溶液呈若液面下降，则溶液呈 性，发生腐蚀，电极反应式为：性，发生腐蚀，电极反应式为：负极：负极： 正极：正极： 。（2）中性或碱性中性或碱性 吸氧吸氧Fe2e-Fe2+O2+2H2O+4e-4OH酸性酸性析氢析氢Fe2e-Fe2+2H+2e-H2 138 请大家根据铁生锈的原理，思考请大家根据铁生锈的原理，思考应采取什么措施防止铁生锈？应采取什么措施防止铁生锈？交流与讨论交流与讨论请大家阅读课本请大家阅读课本92-9392-93139原理原理 ：形成原电池反应时，让形成原电池反应时，让被保护金属被保护金属做做正正极极，不反应，起到保护作用；而，不反应，起到保护作用；而活泼金活泼金属反应受到腐蚀属反应受到腐蚀。1.1.牺牲阳极保护法牺牲阳极保护法二、金属的电化学保护二、金属的电化学保护 140牺牲阳极牺牲阳极的的阴极保护法阴极保护法示意图示意图1412.2.外加电流法外加电流法 将将被保护金属被保护金属与另一与另一附加电极附加电极作为电解池的作为电解池的两个极，使两个极，使被保护的金属被保护的金属作为作为阴极阴极，在外加直流，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。辅助阳极辅助阳极（不溶性）（不溶性）外加电流外加电流的的阴极保护法阴极保护法示意图示意图142除此以外还有其它防护方法？除此以外还有其它防护方法？143金属防护的几种重要方法金属防护的几种重要方法在金属表面覆盖保护层。在金属表面覆盖保护层。 改变金属内部的组织结构，制成合金。改变金属内部的组织结构，制成合金。 电化学保护法，即将金属作为原电池的电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。正极或电解池的阴极而受到保护。 小结小结1442 2、20002000年年5 5月，保利集团在香港拍卖会上花费月，保利集团在香港拍卖会上花费30003000多多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是要成分是CuCu2 2(OH)(OH)2 2COCO3 3 这三件这三件17601760年铜铸的国宝在年铜铸的国宝在240 240 年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是的分析，最可能的是A、它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；、它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；B、环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解、环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；洗去；C、铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；、铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；D、它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；、它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；（ D ）课堂练习课堂练习145探究一：镀锌铁皮和镀锡铁皮哪个更易被腐探究一：镀锌铁皮和镀锡铁皮哪个更易被腐蚀？为什么？蚀？为什么？探究二、纯锌和粗锌哪个更易和酸反应？如探究二、纯锌和粗锌哪个更易和酸反应？如果向酸中再加入硫酸铜又会什么现象？果向酸中再加入硫酸铜又会什么现象？1463.下列各情况，在其中下列各情况，在其中Fe片腐蚀由片腐蚀由快快到到慢慢的顺序是的顺序是(5)(2) (1) (3) (4)课堂练习课堂练习147